DRA. MARTA VIVES-PI

Inmunología de la Diabetes
SERVICIO DE INMUNOLOGÍA

Centro de Investigación Biomédica en Red de Diabetes y Enfermedades Metabólicas Asociadas (CIBERDEM), Instituto de Salud Carlos III
Instituto de Investigación Germans Trias i Pujol
08916 Badalona BARCELONA

El proyecto de Marta Vives-Pi

Terapia contra la autoinmunidad para la prevención y la curación de la diabetes tipo 1. Nanopartículas tipo liposoma que re-educan el sistema inmunológico para permitir la regeneración de las células beta.

1. Resumen del proyecto

La diabetes mellitus tipo 1 (DMT1) está causada por un error del sistema inmunitario, las defensas, al destruir las células beta que producen insulina. Este proceso se llama autoinmunidad y se desconocen sus causas. Sabemos que la destrucción es crónica, ya que los pacientes producen nuevas células beta y tal como se van generando, el sistema inmunitario las va destruyendo. La incidencia de la enfermedad aumenta, especialmente en niños pequeños, y urge encontrar una solución. Para mantener las células beta y favorecer su regeneración, es imprescindible detener su destrucción. Nuestra hipótesis es que es posible corregir las defensas para eliminar definitivamente la autoinmunidad.

Nuestra investigación se centra en detener la autoinmunidad contra las células beta mediante nanopartículas tipo liposomas diseñadas por nuestro grupo, esferas microscópicas capaces de detener la autoinmunidad y prevenir la DMT1 en ratones. La terapia actúa mediante unas células llamadas dendríticas, células del sistema inmunitario capaces de ‘desactivar’ la destrucción y producir memoria inmunológica de forma similar a una vacuna.

El objetivo del proyecto es optimizar los liposomas para frenar la DMT1, determinando su efecto en células del sistema inmunitario de pacientes pediátricos. Se obtendrá una muestra de sangre, se aislarán los leucocitos (células del sistema inmunitario) y se estudiará el efecto in vitro de los liposomas sobre la autoinmunidad. En paralelo se estudiarán en sangre moléculas relacionadas con la autoinmunidad (biomarcadores) en varias etapas de la DMT1, para definir el momento de administración de la terapia, en un futuro.

Los liposomas constituyen una nanoterapia simple y específica para frenar la autoinmunidad experimental. Mediante su optimización aspiramos a avanzar hacia el diseño de tratamientos contra la DMT1.

 

2. Grupo de investigación

La Unidad Immunologia de la diabetes, formada en el año 2000, pertenece al Instituto de Investigación Germans Trias i Pujol, adyacente al Hospital Universitario Germans Trias i Pujol de Badalona , a 10 km de Barcelona (Figura 1). El objetivo del grupo es investigar las causas de la diabetes tipo 1 y desarrollar inmunoterapias para prevenir la enfermedad y contribuir a su curación.

Imagen: www.hospitalgermanstrias.cat

Figura 1. Campus del Hospital Germans Trias i Pujol, Badalona. La flecha blanca señala nuestro laboratorio.

 

Se desconoce la causa de la DMT1, lo que dificulta el desarrollo de estrategias preventivas o terapéuticas. En estos últimos años, la investigación se centra en dos aspectos complementarios. Por un lado, frenar el ataque inmunológico contra las células beta y por otro restaurar la secreción de insulina por parte del organismo. El grupo de la Dra. Marta Vives-Pi trabaja en este primer punto, para prevenir y contribuir a curar la DMT1.

El equipo de la Unidad Immunología de la diabetes es multidisciplinar y con amplia experiencia en varios aspectos de la DMT1: transplante de islotes, autoinmunidad en el páncreas de pacientes, regeneración, biomarcadores e inmunoterapias. En los últimos 10 años se han publicado más de 30 artículos originales, 12 revisiones y 3 capítulos de libro. Se prioriza que la investigación pueda llegar a los pacientes: en 2015 se patentó la nanoterapia basada en liposomas para la autoinmunidad, para acercar el producto a la clínica.

El equipo está formado por investigadores, facultativos especialistas endocrinólogos, pediatras, farmacéuticos y un técnico de soporte a la investigación. El grupo (Figura 2) está dirigido por la Dra. Marta Vives-Pi, bióloga y Doctora en Medicina y Cirugía con experiencia de 29 años en immunología de la diabetes. Los jóvenes investigadores Silvia Rodríguez-Fernandez, David Perna-Barrull y Adrián Villalba desarrollan su tesis doctoral en la autoinmunidad en DMT1. Se coordinan con Rosa M. Ampudia, farmacéutica y técnico de soporte a la investigación experta en modelos experimentales. El Dr. Federico Vázquez, médico especialista en Endocrinología y coordinador de la Unidad Polivalente de Investigación Clínica del Hospital, tiene amplia experiencia en DMT1 y ensayos clínicos y se coordina con la Dra. Eva Aguilera, endocrinóloga del mismo centro, y con la residente de Inmunología Mireia Fonolleda, para trabajar en aspectos translacionales. Completan el grupo los pediatras Dr Joan Bel y Dra Marta Murillo, implicados en el análisis de biomarcadores. Se cuenta con la colaboración del Prof. Daniel Maspoch, experto en nanotecnólogía del Instituto Catalán de Nanociencia y Nanotecnología (www.icn2.cat). El grupo ha obtenido sólidos resultados preliminares y trabajan con óptima integración de sus miembros y elevada motivación. La investigación está orientada hacia el paciente, mediante reuniones periódicas y análisis de los resultados. El grupo está en contacto con la asociación de pacientes de nuestra área geográfica (www.adc.cat).
 

Los investigadores del grupo pertenecen a grupos de trabajo de la Sociedad Española de Diabetes (SED), de la European Federation for the Study of Diabetes (EFSD), de la Federation of Clinical Immunology Societies Network (www.focisnet.org) y de un consorcio europeo COST BM1305 ‘Action to Focus and Accelerate Cell-based Tolerance-inducing Therapies’, para definir criterios de inmunoterapias, aspecto clave para este trabajo. La directora del grupo pertenece a la red CIBERDEM, Centro de Investigación Biomédica en Red ‘Diabetes y enfermedades metabólicas asociadas’ (www.ciberdem.org).

Figura 2. Imagen de integrantes del grupo Inmunología de la Diabetes en el laboratorio del Instituto de Investigación Germans Trias i Pujol de Badalona.

Selección de 5 publicaciones recientes del grupo:

  • Pujol-Autonell, Serracant-Prat A, Cano-Sarabia M, Ampudia RM, Rodríguez- Fernández S, Sanchez A, Izquierdo C, Stratmann T, Puig-Domingo M, Maspoch D, Verdaguer J, Vives-Pi M. Use of autoantigen-loaded phosphatidylserine-liposomes to arrest autoimmunity in type 1 diabetes. PLOS ONE 10(6):e0127057, 2015

  • Vives-Pi M, Pujol-Autonell I. ‘What potential is there for liposomal-based nanotherapy for the treatment of Type 1 diabetes?’ Nanomedicine (Lond). 10(9):2955-2958, 2015

  • Vives-Pi M. Etiopatogenia de la DM1 (Capítulo 4). En: Tratado de Diabetes mellitus, 2a edición. Autor: Sociedad Española de Diabetes. Directores: E. Menéndez Torre, R Barrio Castellanos, A. Novials Sardà. Ed. Médica Panamericana, 2017. ISBN: 978-84-9110-145-1

  • Fonolleda M, Murillo M, Vázquez F, Bel J, Vives-Pi M. Remission phase in paediatric type 1 diabetes. New understanding and emerging biomarkers. Hormone Research in Pediatrics, 88(5):307-315, 2017

  • Rodríguez-Fernández S, Pujol-Autonell I, Briansó F, Perna-Barrull D, Cano-Sarabia M, García-Jimeno S, Villalba A, Sánchez A, Aguilera E, Vázquez F, Verdaguer J, Maspoch D, Vives-Pi M. Antigen-specific liposomal nanotherapy drives immunoregulation in human type 1 diabetes. Front Immunol 9:253, 2018.

 

3. Proyecto de investigación

3.1 INTRODUCCIÓN

La DMT1 está causada por la destrucción de las células productoras de insulina, debido a un error del sistema inmunitario. Sabemos que la destrucción es crónica y los pacientes producen nuevas células beta (Figura 3). Por desgracia, tal como se van generando, el sistema inmunitario las va destruyendo.

Figura 3. Nuevos islotes (rojo) generándose en el páncreas de un paciente conDMT1 (De: Somoza N et al. J Immunol 1994).

a) Objetivo general.

Una condición indispensable para prevenir y curar la DMT1 es que el ataque autoinmune cese por completo. Nuestro objetivo es detener la destrucción de células beta definitivamente con una inmunoterapia innovadora.

b) Estado del tema

Por razones desconocidas, el sistema inmunitario destruye las células beta de los islotes, con unas células llamadas linfocitos. Las células beta intentan regenerarse, pero los linfocitos las vuelven a atacar, entrando así en un círculo vicioso crónico (Meier, 2005). Desde los años 80, se ha intentado detener la autoinmunidad en la DMT1 y se han llevado a cabo ensayos clínicos, la mayoría sin éxito y con efectos secundarios severos. La incidencia de la enfermedad aumenta un 3% anual (Diaz-Valencia, 2015) y afecta a pacientes cada vez más jóvenes, por lo que urge encontrar una solución para esta enfermedad.

Recientemente, nuestro equipo publicaba un descubrimiento que podría contribuir a un tratamiento para la DMT1 (Pujol-Autonell, Plos One 2015). En resumen, se logró detener la destrucción de células beta en ratones con prediabetes (es decir, a punto de tener síntomas de la enfermedad), mediante unas nanopartículas llamadas liposomas. Los liposomas son pequeñas esferas (100 veces menores que un grano de sal) formadas por una cubierta de grasa y contenido acuoso. Los liposomas diseñados ‘a medida’ para la DMT1 (Figura 4) detienen la autoinmunidad, preservando las células beta. ¿Qué ventaja tienen los liposomas frente a otras inmunoterapias? Son biocompatibles (se utilizan en medicina, cosmética y en farmacia) y basados en procesos naturales.

Figura 4. Esquema (izquierda, Vicente R. Bravo) y fotografía (derecha, Mary Cano) de un liposoma diseñado para detener la autoinmunidad.

Los liposomas imitan células en fase de apoptosis, un tipo de muerte celular que evita la autoinmunidad (Vives-Pi, 2015). Contienen trozos de insulina y en su superficie hay moléculas para re-educar a las defensas. En ratones detuvieron definitivamente la autoinmunidad previniendo la DMT1. El mecanismo es el siguiente: Los liposomas son capturados por células dendríticas, células del sistema inmunitario que ‘deciden’ ir a favor o en contra de la autoinmunidad. Las células dendríticas re-educan el sistema inmunitario, inactivan los linfocitos destructores y generan linfocitos ‘buenos’ reguladores, recuperando la normalidad inmunológica y preservando las células beta (Oram, 2014).

El camino que tenemos por delante es largo, pero basado en sólidos resultados. Teniendo en cuenta el gran daño que provoca la enfermedad a tantas familias, no debemos alimentar unas expectativas desorbitadas, pero creemos que ésta es una estrategia prometedora contra la DTM1.

c) Novedad del proyecto

La nanotecnología es un campo innovador basado en minúsculas partículas, con ventajas a nivel de diseño, menores dosis de fármaco requeridas y dirección de la nanopartícula hacia la célula relevante. El grupo ha sido pionero en el diseño de nanopartículas de tipo liposoma para detener la DMT1 e inducir tolerancia, de manera biocompatible y específica, sin afectar al resto del sistema inmunitario. Proponemos optimizar los liposomas para uso en humanos, y demostrar su efecto en células del sistema inmunitario de niños con DMT1.

d) Hipótesis

Tras demostrar el efecto de los liposomas en detener la autoinmunidad contra las células beta en ratones, nuestra hipótesis es que estas nanopartículas serán eficaces en células del sistema inmunitario de niños con DMT1, y podrán actuar deteniendo la destrucción de las células beta.

 

3.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS Y DESARROLLO DEL PROYECTO

Objetivos específicos:

Una vez demostrada la eficacia de los liposomas en ratones y identificado el mecanismo de acción, los dos objetivos a abordar en el proyecto presentado a Dt0, son:
1. Validar el efecto de los liposomas en células de pacientes pediátricos con DMT1 en diferentes etapas de la enfermedad

2. Buscar nuevos biomarcadores para determinar el momento óptimo de administración y verificar el efecto de los liposomas

Desarrollo del proyecto (por objetivos):
1. Validar el efecto de los liposomas en células de pacientes pediátricos con DMT1 en diferentes etapas de la enfermedad.

Resultados preliminares indican que el efecto de los liposomas es similar en células humanas y en ratones: Los liposomas son capturados eficazmente por las células dendríticas humanas de adultos sanos o con DMT1, e inducen cambios contra la autoinmunidad y de protección a las células beta. Ya que la DMT1 suele iniciarse en la infancia/adolescencia, queremos estudiar el efecto de los liposomas en el sistema inmunitario de pacientes pediátricos (Serv. Pediatría HGTP). A partir de una muestra de sangre de 10-20 niños y jóvenes (edad 2-16 años ) con DMT1, se obtendrán células dendríticas en el laboratorio. Estas se incubarán in vitro con liposomas para determinar su efecto:

• Estudiar la eficiencia de captura y descartar efectos tóxicos.
• Analizar los cambios en la membrana de las células dendríticas, para verificar el efecto anti-autoinmunidad.

La metodología a emplear será el cultivo celular in vitro, la diferenciación celular, el ensayo de captura por fagocitosis, la inmunoquímica y la citometría de flujo.

2. Buscar nuevos biomarcadores para determinar el momento óptimo de administración y verificar el efecto de los liposomas

Al mismo tiempo que se lleva a cabo el objetivo 1, se analizará el plasma de los pacintes pediátricos con DT1 para encontrar nuevos biomarcadores de destrucción de la célula beta. Este aspecto es importante tanto para definir cúal sería el mejor momento de administración de la terapia, como para hacer un seguimiento del futuro tratamiento con liposomas.

Para ello, se empleará plasma de los pacientes pediátricos con DMT1 (edad 2- 16 años, número de pacientes 10-20, 50% niños y 50% niñas) obtenido de muestras de sangre. En 2015 se inició una colección de muestras de plasma de niños con DMT1 en distintas etapas de la enfermedad (inicio, 6, 12 y 18 meses de evolución) que se encuentran congeladas en el biobanco de nuestro centro. La metodología a emplear será la inmunoquímica y la citometría de flujo.

Se llevará a cabo el análisis estadístico adecuado para obtener conclusiones a partir de los resultados de los experimentos.

3.3 FACILIDADES DE LAS QUE SE VA A DISPONER Y BIBLIOGRAFÍA.

Se dispone de la infraestructura necesaria para llevar a cabo el proyecto en el Instituto de Investigación Germans Trias i Pujol (IGTP), adyacente al Hospital:

  • Laboratorio: Se dispone de las infraestructuras para la óptima realización del proyecto: cultivo celular, inmunoquímica, microscopios, biologia molecular.

  • Servicios: Citometría, Genómica, Genética funcional, Biobanco y Proteómica. La Plataforma de Citometría dispone de citómetros de última generación.

  • Nanotecnología. El equipo colabora con el Prof. D. Maspoch del Instituto Catalán de Nanociencia y Nanotecnologia con gran experiencia en liposomas.

  • Clínica. Los Serv. de Pediatría y de Endocrinología del Hospital mantienen consultas activas para diagnóstico y seguimiento de pacientes con DMT1.

  • El Comité ético del HGTP aprobó el proyecto en su reunión del 13/01/2017.

 
  • BIBLIOGRAFÍA

  • Diaz-Valencia PA, et al. Covariation of the incidence of type 1 diabetes with country characteristics available in public databases. PLoS One. 2015 Feb 23;10(2):e0118298

  • Meier JJ, et al. Sustained beta cell apoptosis in patients with long-standing type 1diabetes: indirect evidence for islet regeneration? Diabetologia 48: 2221- 2228, 2005.

  • Oram RA, et al. The majority of patients with long-duration type 1 diabetes are insulinmicrosecretors and have functioning beta cells. Diabetologia. 2014;57:187-91

  • Pujol-Autonell, et al. Use of autoantigen-loaded phosphatidylserine-liposomes to arrest autoimmunity in type 1 diabetes. PLOS ONE 10(6):e0127057, 2015

  • Vives-Pi M, et al. How apoptotic β-cells direct immune response to tolerance or to autoimmune diabetes. A review. Apoptosis. 20(3):263-72, 2015.

 
 

Imagen del día 1 de julio de 2016, de la visita de miembros de Dt0 al Instituto de Investigación Germans Trias i Pujol (Badalona).

 

Gracias a Dt0 por esta iniciativa!!!

Inmunología de la Diabetes

Dra. Marta Vives

IGTP

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